KR100681688B1

KR100681688B1 - 스위칭 전원장치

Info

Publication number: KR100681688B1
Application number: KR1020057016689A
Authority: KR
Inventors: 히로시 타케무라; 아키오 니시다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2007-02-09
Also published as: US20070091647A1; CN1879286A; WO2006051621A1; KR20060086841A; JPWO2006051621A1

Abstract

상용전원(E)에 접속되어 1차측 비평활직류전압(va)을 출력하는 1차측 정류회로(Da)와, 1차코일(N1) 및 2차코일(N2)을 갖는 트랜스(T1)와, 1차측 정류회로(Da)의 출력에 1차코일(N1)과 함께 직렬로 접속되어 1차측 비평활직류전압(va)을 스위칭하는 스위칭 소자(Q1)와, 2차코일(N2)에 접속되어 2차측 비평활직류전압(vb)을 출력하는 2차측 정류회로(다이오드(D1))와, 상기 2차측 정류회로의 출력에 접속되는 인버터회로(Inv)를 구비하고, 그 출력이 방전등(Lamp)에 공급된다.

상용전원, 비평활직류전압, 정류회로, 인버터회로, 방전등, 스위칭 전원장치

Description

스위칭 전원장치{SWITCHING POWER SUPPLY UNIT}

본 발명은 스위칭 전원장치, 특히 역률(力率)개선을 목적으로 한 스위칭 전원장치에 관한 것이다.

일반적인 직류출력의 스위칭 전원장치나 교류출력의 스위칭 전원장치(인버터(inverter))에 있어서의 입력전압으로는, 상용교류 전원전압을 정류용 다이오드(diode)로 정류(整流)하여, 평활용의 대용량의 커패시터로 평활하여 얻어진 리플(ripple)의 작은 직류전압을 이용하는 것이 보통이다. 이 방식을 커패시터 인풋(input)방식이라고 부른다. 커패시터 인풋방식에 있어서는, 평활용의 대용량의 커패시터를 구비하고 있기 때문에, 상용교류 전원측에서 순간 정전이 일어났을 경우에도 단시간이면 출력전압이 저하하는 것을 방지할 수 있다는 장점도 있다.

그러나, 일반적인 커패시터 인풋방식의 정류·평활회로에 있어서는, 교류전압의 피크(peak) 시의 전후에서만 정류용 다이오드에 전류가 흐르기 때문에 상용교류 전원측에서 볼 때 역률이 낮고, 또한 상용교류 전원측에 고조파전류가 발생한다는 문제도 있다.

이 문제의 대책으로서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 정류한 후의 상용교류전압을 평활하지 않고 그대로 트랜스의 1차코일에 인가해서 스위칭하고, 트랜스의 2차코일에 얻어진 교류전압을 정류, 평활하는 회로가 알려져 있다. 이 회로방식으로, 입력전류 파형을 거의 정현파(sine wave) 형상으로 함으로써 역률의 개선과 고조파 전류성분의 억제를 행하고 있다. 이 경우, 상용교류전압을 정류한 후의 평활용의 대용량의 커패시터가 존재하지 않기 때문에, 소형화, 저가격화에 기여한다. 또한, 이것을, 평활용의 커패시터가 없다고 하는 의미에서 C레스 컨버터(capacitorless converter)라고 부른다.

특허문헌 1: 일본국 공개특허 평10-150769호 공보

[발명이 해결하고자 하는 과제]

특허문헌 1에 개시된 바와 같은 C레스 컨버터에서는 상용교류 전원전압을 정류한 후의 평활용의 대용량의 커패시터는 불필요하게 된다. 그러나, 트랜스의 2차코일에 얻어진 교류전압을 정류한 후에는 평활용의 커패시터는 필수적이다. 게다가, 상용교류전압을 정류한 후의 평활용의 커패시터를 구비하고 있지 않기 때문에, 트랜스의 2차측에 나타나는 교류전압을 정류하여 얻어진 전압은 1차측에 평활용의 커패시터를 구비하는 경우에 비해 변동이 매우 크고, 그것을 평활하기 위해 보다 큰 용량의 평활용의 커패시터가 필요하게 된다. 평활용의 대용량의 커패시터는 용량이 클수록 대형화하여 고가격이 된다. 따라서, 역률개선이나 고조파의 저감은 꾀할 수 있으나, 소형화, 저가격화가 충분히 달성되지 못할 가능성이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 역률개선이나 고조파의 저감을 꾀하고, 게다가 충분한 소형화, 저가격화를 도모할 수 있으며, 더욱이 효율이 높은 스위칭 전원장치를 제공한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 스위칭 전원장치에서는, 상용전원에 접속되어 1차측 비평활직류전압을 출력하는 1차측 정류회로와, 1차코일 및 2차코일을 갖는 트랜스와, 상기 1차측 정류회로의 출력에 상기 트랜스의 1차코일과 함께 직렬로 접속되어 상기 1차측 비평활직류전압을 스위칭하는 스위칭 소자와, 상기 트랜스의 2차코일에 접속되어 2차측 비평활직류전압을 출력하는 2차측 정류회로와, 상기 2차측 정류회로의 출력에 접속되는 동시에, 그 출력이 방전등에 공급되는 인버터회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스위칭 전원장치에서는, 상기 2차코일에 접속된 제1의 정류평활회로를 더 구비하여, 상기 제1의 정류평활회로에서 직류출력을 끌어내는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 2차측 정류회로의 출력과 상기 제1의 정류평활회로의 출력과의 사이에, 상기 제1의 정류평활회로의 출력 쪽에 전류를 공급할 수 있는 다이오드를 설치한 것을 특징으로 한다. 그뿐만 아니라, 상기 제1의 정류평활회로의 출력에 접속된 DC-DC컨버터회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스위칭 전원장치에서는, 상기 트랜스에 설치된 분리코일과 상기 분리코일에 접속된 제2의 정류평활회로를 더 구비하여, 상기 제2의 정류평활회로에서 직류출력을 끌어내는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제2의 정류평활회로는 상기 2차측 정류회로와 접지를 공통으로 하고 있어, 상기 2차측 정류회로의 출력과 상기 제2의 정류평활회로의 출력과의 사이에, 상기 제2의 정류평활회로의 출력 쪽에 전류를 공급할 수 있는 다이오드를 설치한 것을 특징으로 한다. 그뿐만 아니라, 상기 제2의 정류평활회로의 출력에 접속된 DC-DC컨버터회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스위칭 전원장치에서는, 상기 스위칭 소자의 양단에 접속된 제3의 정류평활회로를 더 구비하여, 상기 제3의 정류평활회로에서 직류출력을 끌어내는 것을 특징으로 한다. 더욱이, 상기 제3의 정류평활회로의 출력에 접속된 절연형 DC-DC컨버터회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

[발명의 효과]

본 발명의 스위칭 전원장치에서는, 상용교류 전원전압을 정류한 후의 평활용의 대용량의 커패시터를 필요로 하지 않고, 트랜스의 2차코일에 나타난 교류전압을 정류한 후의 평활용의 대용량의 커패시터도 필요로 하지 않기 때문에, 역률개선과 고조파전류의 억제에 더하여, 대폭적인 소형화와 저가격화를 도모할 수 있다. 그 경우, 인버터의 교류출력전압은 다소 변동하지만, 변동의 주기가 짧기 때문에, 이 출력에 의해 구동되는 방전등의 밝기가 변동해 보이는 듯한 일은 없다.

또한, 2차코일에 별도의 제1의 정류평활회로를 설치하거나, 트랜스에 설치한 분리코일에 제2의 정류평활회로를 설치하거나 함으로써, 기본적으로는 방전등 점등용의 인버터회로이면서도, 별도로 안정된 직류전압을 출력할 수도 있다. 게다가, 2차측 정류회로의 출력과 제1이나 제2의 정류평활회로의 출력과의 사이에, 제1이나 제2의 정류평활회로의 출력 쪽에 전류를 공급할 수 있는 다이오드를 설치함으로써 순간정전 등에 의해 일시적으로 2차코일이나 분리코일로부터의 전력공급이 끊겼을 경우에 인버터회로의 입력측으로부터 일시적으로 전력의 공급을 받아, 직류출력의 전압저하를 늦출 수 있다. 더욱이, 이 직류전압출력을 입력으로서 안정화한 직류전압을 출력하는 DC-DC컨버터회로를 더 구비함으로써, 직류출력전압의 전압값의 안정화에 더하여, 순간정전 때의 전압저하를 더욱 늦출 수 있다.

또한, 1차측의 스위칭 소자의 양단에 제3의 정류평활회로를 설치함으로써, 효율좋게 직류전압출력의 출력전력의 증가를 도모할 수 있다. 이 경우도, 제3의 정류평활회로의 출력에 절연형의 DC-DC컨버터회로를 구비함으로써, 상기의 2차측에 DC-DC컨버터회로를 설치하는 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 정류평활회로의 명칭에 붙인 제1, 제2, 제3이라는 숫자는 순서를 나타내는 것이 아니라, 상호의 구별을 목적으로 한 것이다. 따라서, 제1의 정류평활회로를 구비하지 않고 제2나 제3의 정류평활회로를 구비한다고 하는 구성도 충분히 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 스위칭 전원장치의 한 실시예의 회로도이다.

도 2는 도 1의 스위칭 전원장치에 있어서의 1차측 비평활직류전압과 1차코일에 흐르는 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.

도 3은 도 1의 스위칭 전원장치에 있어서의 2차측 비평활직류전압의 파형을 나타내는 파형도이다.

도 4는 도 1의 스위칭 전원장치에 있어서의 인버터회로의 일례의 회로도이다.

도 5는 본 발명의 스위칭 전원장치의 다른 실시예의 회로도이다.

도 6은 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도이다.

도 7은 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도이다.

도 8은 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도이다.

도 9는 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도이다.

도 10은 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도이다.

[부호의 설명]

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70…스위칭 전원장치

E…상용교류전원

Da…전파(全波;full-wave)정류회로(1차측 정류회로)

T1…트랜스

N1…1차코일

N2…2차코일

Q1…스위칭 소자

D1…정류용의 다이오드(2차측 정류회로)

Cn…소음 저감용의 커패시터

Inv…인버터회로

Lamp…방전등

D2…정류용의 다이오드(제1, 제2 혹은 제3의 정류평활회로용)

C2…평활용의 커패시터(제1, 제2 혹은 제3의 정류평활회로용)

Vdc…직류전압의 출력단자

D3…순간정전시 전하 이동용의 다이오드

DDc, DDc2…DC-DC컨버터

도 1에, 본 발명의 스위칭 전원장치의 한 실시예의 회로도를 나타낸다. 도 1에 있어서, 본 발명의 스위칭 전원장치(10)는 전파정류회로(Da), 1차코일(N1)과 2차코일(N2)을 갖는 트랜스(T1), 스위칭 소자(Q1), 다이오드(D1), 인버터회로(Inv)를 구비한다.

전파정류회로(Da)의 입력측은 상용교류전원(E)에 접속되어 있다. 전파정류회로(Da)의 출력측에는 트랜스(T1)의 1차코일(N1)과 스위칭 소자(Q1)가 직렬로 접속되어 있다. 전파정류회로(Da)의 출력측에는 평활용의 대용량의 커패시터는 설치되어 있지 않다. 전파정류회로(Da)가 본 발명에 있어서의 1차측 정류회로이다.

트랜스(T1)의 2차코일(N2)의 일단은 다이오드(D1)의 애노드(anode)에 접속되어 있고, 타단은 2차측의 접지(ground)에 접속되어 있다. 인버터회로(Inv)의 출력단자는 방전등(Lamp)의 일단에 접속되어 있다. 방전등(Lamp)은 예를 들면 액정 텔레비젼의 백라이트(backlight)용의 광원(光源)으로 이용되는 냉음극관 같은 것이다. 다이오드(D1)의 정류출력에는 평활용의 대용량의 커패시터는 설치되어 있지 않다. 다이오드(D1)가 본 발명에 있어서의 2차측 정류회로이다.

또한, 2차측 정류회로의 출력에는 평활용의 대용량의 커패시터는 설치되지 않으나, 스위칭에 수반하여 발생하는 소음의 저감용의 커패시터(Cn)는 설치되어 있 어도 상관없다. 직류전압으로 동작하는 기기에 입력하는 직류전압의 평활도(smoothness)는 일반적으로 리플(직류전압에 포함되는 변동분의 피크(peak)와 밸리(valley)의 차이를 직류전압의 평균값으로 나누고, 100을 곱한 것)이 10% 이하인 것이 바람직하다고 되어 있다. 특히 저전압의 기기인 경우는 1% 이하로 할 필요가 있다. 따라서 본 발명에 있어서는, 여유를 보고 리플이 15% 이하가 되는 용량의 커패시터를 구비하는 경우를 평활커패시터를 구비하는 것으로 간주하고, 리플이 그것보다 큰 경우는 평활용의 커패시터를 구비하고 있다고 보지 않는다.

그런데, 이와 같이 구성된 스위칭 전원장치(10)에 있어서, 상용교류전원은 예를 들면 100V, 50Hz의 교류전압을 발생시키고, 그것이 전파정류회로(Da)에 입력된다. 전파정류회로(Da)의 출력측에는 평활용의 대용량의 커패시터는 설치되어 있지 않기 때문에, 전파정류회로(Da)로 이루어지는 1차측 정류회로의 출력전압은 전파정류전압, 즉 맥류전압(ripple voltage)이 된다. 이 맥류전압을 본 발명에서는 1차측 비평활직류전압으로 부르고, va로 표시한다.

1차측 비평활직류전압(va)은 트랜스(T1)의 1차코일(N1)과 스위칭 소자(Q1)의 직렬회로에 인가된다. 스위칭 소자(Q1)는 도시를 생략한 제어회로에 의해, 예를 들면 100kHz의 스위칭 주파수로 스위칭된다. 이 예의 경우는 플라이백형(flyback type)으로 되어 있기 때문에, 스위칭 소자(Q1)가 온(on) 시에는 1차코일(N1)에 전류가 흘러 1차코일(N1)이 여자(勵磁)되고, 스위칭 소자(Q1)가 오프(off) 시에 그 여자의 에너지에 의해 2차코일(N2)로부터 전류가 흘러나온다. 또한, 스위칭 전원장치(10)에서는 플라이백형으로 했으나, 물론 포워드형(forward type)이어도 상관없 다.

도 2에, 1차측 비평활직류전압(va)과 1차코일(N1)에 흐르는 전류(ia)의 파형을 나타낸다. 또한, 여기에서는 알기 쉽도록 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 주파수를 상용교류전원의 주파수의 10배로 하고 있으나, 실제로는 상술한 바와 같이 상당히 높은 주파수에서 스위칭된다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 전류(ia)는 1차측 비평활직류전압(va)의 값이 클 때에는 큰 전류값으로, 1차측 비평활직류전압(va)의 값이 작을 때에는 작은 전류값이 되도록 제어함으로써, 평균적으로는 상용교류 전원전압의 주기의 전체에 걸쳐서 전류가 흐른다. 이로써 역률개선과 고조파전류의 억제를 도모할 수 있다.

트랜스(T1)의 2차코일(N2)로부터 흘러나오는 전류는 2차측 정류회로인 다이오드(D1)에 의해 정류된다. 다이오드(D1)의 정류출력에는 평활용의 대용량의 커패시터는 설치되어 있지 않기 때문에, 다이오드(D1)로 이루어지는 2차측 정류회로의 출력전압은 맥류전압이 된다. 이 맥류전압을 본 발명에서는 2차측 비평활직류전압으로 부르고, vb로 표시한다. 2차측 비평활직류전압(vb)의 최대 진폭은 트랜스(T1)의 승압비로 결정되는 값이다. 이 2차측 비평활직류전압(vb)은 인버터회로(Inv)의 입력단자에 인가된다.

도 3에, 이 2차측 비평활직류전압(vb)의 파형을 실선으로 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차측 정류회로의 출력에도 대용량의 평활용의 커패시터는 설치되어 있지 않기 때문에, 2차측 비평활직류전압(vb)은 맥류전압으로 되 어 있다. 또한, 2차측 정류회로의 출력에 소음 저감용의 커패시터를 설치했을 경우에는, 그것에 의해 다소는 파형이 둔해지는데, 예를 들면 도 3에 파선(破線;broken line)으로 나타내는 2차측 비평활직류전압(vb')처럼 된다. 이 경우도, 평활용의 커패시터를 구비하는 경우에 비하면 역시 리플은 크지만, 2차측 비평활직류전압이 제로가 되는 기간을 없앨 수 있다.

여기서, 도 4에 인버터회로(Inv)의 일례의 회로도를 나타낸다. 도 4에 있어서, 인버터(Inv)는 1차코일(Na)과 2차코일(Nb)을 갖는 트랜스(T2), 2개의 스위치소자(SWa와 SWb), 2개의 커패시터(Ca와 Cb), 1개의 공진용의 커패시터(Cc)를 구비한다.

인버터(Inv)에 있어서, 직렬로 접속된 스위치소자(SWa와 SWb)의 일단이 입력단자(Vin)에 접속되어 있고, 타단이 접지에 접속되어 있다. 또한, 직렬로 접속된 커패시터(Ca와 Cb)의 일단이 입력단자(Vin)에 접속되어 있고, 타단이 접지에 접속되어 있다. 즉, 스위치소자(SWa와 SWb)로 이루어지는 직렬회로와 커패시터(Ca와 Cb)로 이루어지는 직렬회로가 병렬로 접속되어 있고, 그것이 입력단자(Vin)와 접지의 사이에 접속되어 있다.

트랜스(T2)의 1차코일(Na)의 일단은 2개의 스위치소자(SWa와 SWb)의 접속점에 접속되어 있고, 타단은 2개의 커패시터(Ca와 Cb)의 접속점에 접속되어 있다. 트랜스(T2)의 2차코일(Nb)의 일단 및 타단은 각각 방전등에 접속되는 단자가 된다. 커패시터(Cc)는 2차코일(Nb)에 병렬로 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 인버터회로(Inv)에 있어서는, 도 3에 나타낸 2차측 비평활 직류전압(vb)이 직렬로 접속된 스위치소자(SWa와 SWb)의 양단에 인가된다. 스위치소자(SWa와 SWb)는 도시를 생략한 제어회로에 의해, 예를 들면 50kHz 정도의 스위칭 주파수로 교대로 온, 오프를 반복한다. 이것에 의해 트랜스(T2)의 1차코일(Na)에는 교류전압이 인가된다. 그리고 트랜스(T2)의 2차코일(Nb)로부터는 승압된 1∼1.5kV 정도의 교류전압이 발생하고, 방전등(Lamp)에 인가된다. 또한, 스위치소자(SWa와 SWb)의 스위칭 주파수는 스위칭 소자(Q1)와 동일하거나 동기(同期)하고 있어도 상관없으며, 다른 주파수여도 상관없다.

방전등(Lamp)에 인가되는 교류전압의 진폭은 인버터회로(Inv)의 입력단자에 인가되는 전압에 따라 변화한다. 본 발명의 경우는, 2차측 비평활직류전압은 맥류전압이기 때문에, 그것에 따라 방전등(Lamp)에 인가되는 교류전압의 진폭도 변화하고, 방전등의 밝기도 변화한다. 다만, 방전등(Lamp)에 인가되는 교류전압의 진폭이 변화하는 속도는 인버터(Inv)의 스위칭 주파수 및 상용교류전원의 주파수의 2배(전파정류하고 있으므로)에 대응하고 있기 때문에, 인간의 눈에는 변화가 보이지 않고, 일정한 밝기로 점등하고 있는 것처럼 보인다. 따라서, 방전등의 점등용으로서는, 인버터(Inv)가 출력하는 교류전압의 진폭이 시간적으로 변화하는 것은 결점이 되지는 않는다.

더욱이, 2차측 비평활직류전압이 도 3에 vb로 나타내는 바와 같은 파형의 경우는, 인버터(Inv)의 입력전압이 제로가 될 가능성이 있고, 인버터(Inv)의 동작에 있어서 그다지 바람직하지 않은 경우도 있는데, 이 점에 있어서, 2차측 정류회로의 출력에 예를 들면 소음 저감용의 커패시터(Cn)가 설치되어 있으면, 2차측 비평활직 류전압은 도 3에 vb로 나타내는 바와 같은, 리플은 10% 이상이기 때문에 평활되어 있다고 할 수는 없지만 완전히 제로로는 되지 않는 파형이 되어, 보다 바람직한 것으로 할 수 있다.

또한, 스위칭 전원장치(10)에 있어서는, 트랜스(T)의 1차측에도 2차측에도 대용량의 커패시터를 구비하고 있지 않기 때문에, 상용교류전원의 순간정전이 있을 경우에는, 그대로 인버터(Inv)의 출력전압, 나아가서는 방전등(Lamp)의 휘도(輝度)에도 영향을 끼친다. 그러나, 실제 순간정전의 시간은 매우 단시간이므로, 인간의 눈에는 거의 변화가 보이지 않고, 일정한 밝기로 점등하고 있는 것처럼 보인다. 따라서, 방전등의 점등용으로서는, 인버터(Inv)의 출력하는 교류전압이 상용교류전원의 순간정전에 의해 순간적으로 저하하는 것은 큰 결점이 되지는 않는다.

이와 같이, 스위칭 전원장치(10)에 있어서는, 1차측 정류회로(Da)의 출력측에도 2차측 정류회로(다이오드(D1))의 출력에도 평활용의 대용량의 커패시터를 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 역률개선과 방전등 점등기능을 충분히 갖추면서, 동시에 소형화와 저가격화를 도모할 수 있다.

또한, 스위칭 전원장치(10)에 있어서는, 2차측 정류회로의 출력에 예를 들면 소음 저감용의 커패시터가 설치되어도 상관없다고 했는데, 소음 저감용의 커패시터에 대해서는 1차측 정류회로의 출력에만 설치되어 있어도 상관없고, 양쪽에 설치되어 있어도 상관없다. 또한, 소음 저감용에 한정되지 않고, 평활동작이 되지 않는 범위의 용량의 커패시터가 1차측 정류회로나 2차측 정류회로의 출력에 설치되어 있어도 상관없는 것이다.

도 5에, 본 발명의 스위칭 전원장치의 다른 실시예의 회로도를 나타낸다. 도 5에 있어서, 도 1과 동일 혹은 동등한 부분에는 동일부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

도 5에 나타낸 스위칭 전원장치(20)에 있어서는, 트랜스(T1)의 2차코일(N2)에 중간탭(intermediate tap)을 설치하고, 그 중간탭과 2차코일(N2)의 타단과의 사이에 정류용의 다이오드(D2)와 평활용의 커패시터(C2)로 이루어지는 정류평활회로(제1의 정류평활회로)를 접속하며, 출력단자(Vdc)로부터 직류전압출력을 끌어내도록 하고 있다.

이처럼 구성된 스위칭 전원장치(20)에 있어서는, 방전등(Lamp)의 점등에 더하여, 방전등 점등을 위해 준비한 인버터(Inv)의 입력전압을 만들기 위해 준비한 교류전력을 이용하여 직류전압출력을 끌어낼 수 있다. 통상, 예를 들면 액정 텔레비젼과 같은, 백라이트로서 방전등을 이용하는 용도에 있어서는, 그 외의 각종 회로를 구동하기 위한 직류전원을 필요로 한다. 그리고 이러한 경우의 직류전원으로는 그다지 큰 전력공급 능력은 필요로 하지 않는 것도 많다. 본 발명의 스위칭 전원장치(20)에 있어서는, 이러한 방전등 점등용의 교류전압 외에 직류전원을 필요로 하는 용도에 대해, 별도의 직류전원을 준비할 필요가 없어진다는 우수한 효과를 발휘한다.

또한, 도 5에 나타낸 스위칭 전원장치(20)에 있어서는, 2차코일(2N)에 설치한 중간탭에 제1의 정류평활회로를 접속하고 있었으나, 중간탭의 존재는 필수는 아니다. 중간탭을 설치하지 않고 2차코일(N2)의 일단, 즉 다이오드(D1)의 애노드가 접속되어 있는 단부에 직접 정류용의 다이오드(D2)와 평활용의 커패시터(C2)로 이루어지는 제1의 정류평활회로를 접속하도록 해도 상관없기 때문에, 동일한 작용효과를 나타내는 것이다.

도 6에, 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도를 나타낸다. 도 6에 있어서, 도 5와 동일 혹은 동등한 부분에는 동일부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

도 6에 나타낸 스위칭 전원장치(30)에 있어서는, 다이오드(D1)의 캐소드와 다이오드(D2)의 캐소드의 사이, 즉 2차측 정류회로의 출력과 제1의 정류평활회로의 출력과의 사이에, 전자(前者)로부터 후자(後者) 쪽에 전류를 공급할 수 있도록 배치된 전하 이동용의 다이오드(D3)가 설치되어 있다.

통상, 방전등용의 교류전력과 제어회로 등을 위한 직류출력을 구비한 전원에 있어서는, 방전등의 제어가 불안정하게 되지 않도록, 방전등이 점등하고 있을 때에는 제어회로의 동작을 유지할 필요가 있다. 방전등용의 교류출력과 제어회로용의 직류출력을 1개의 트랜스로부터 얻고 있을 경우에는, 정전시에는 양쪽이 동시에 정지하게 되어 좋지 않다. 상기와 같이 다이오드(D3)를 설치함으로써, 정전시에 교류출력측의 전하를 직류출력측에 공급하여, 교류출력보다 나중에 직류출력이 정지하도록 할 수 있다.

도 7에, 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도를 나타낸다. 도 7에 있어서, 도 6과 동일 혹은 동등한 부분에는 동일부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

도 7에 나타낸 스위칭 전원장치(40)에 있어서는, 정류용의 다이오드(D2)와 평활용의 커패시터(C2)로 이루어지는 제1의 정류평활회로 전에 DC-DC컨버터회로(DDc)가 설치되고, 그 출력이 출력단자(Vdc)에 접속되어 있다. 여기서의 DC-DC컨버터회로(DDc)는 일반적인 비절연형 혹은 절연형의 DC-DC컨버터회로이다.

일반적으로, DC-DC컨버터회로는 입력전압이 소정값 이하가 될 때까지 출력전압은 저하하지 않는다. 소정값 이하로 저하했을 때에는 그것에 따라 출력전압이 저하하지만, 컨버터의 전압안정화 기능에 의해 출력전압은 입력전압보다 늦게 저하를 시작한다. 즉, 약간의 타임래그(time lag)가 있다. 그 때문에, 스위칭 전원장치(40)에 있어서 상용교류전압의 순간정전이 있을 경우에, 직류출력전압의 저하를 방지 혹은 더욱 억제하여, 비록 방전등용의 교류출력이 순간적으로 정지한다 하더라도 제어회로용의 직류출력이 정지하지 않도록 할 수가 있다.

또한, DC-DC컨버터회로(DDc)에 의해 직류출력전압의 전압값의 안정화를 도모할 수 있다.

또한, 도 7의 스위칭 전원장치(40)에 있어서는, 도 6의 스위칭 전원장치(30)의 정류평활회로 전에 DC-DC컨버터회로(DDc)를 설치하여 구성했는데, 다이오드(D3)는 필수가 아니라, 도 5의 스위칭 전원장치(20)의 정류평활회로 전에 DC-DC컨버터회로(DDc)를 설치하여 구성해도 상관없는 것으로, 동일한 작용효과를 나타내는 것이다.

도 5∼도 7에 나타낸 스위칭 전원장치(20, 30, 40)에 있어서는, 2차측 정류회로를 접속하는 2차코일(N2)에 별도의 정류평활회로를 접속하고 있었는데, 도 8에 나타내는 스위칭 전원장치와 같이, 트랜스(T1)에 분리코일을 설치하여, 이 분리코일에 정류평활회로를 접속하여 직류출력을 끌어내도록 해도 상관없다. 도 8에 나타내는 스위칭 전원장치(50)에 있어서는, 트랜스(T1)에 분리코일(N3)을 설치하고, 이 분리코일(N3)에 정류용의 다이오드(D2)와 평활용의 커패시터(C2)로 이루어지는 정류평활회로(제2의 정류평활회로)를 접속한 점만이 도 7에 나타낸 스위칭 전원장치(40)와의 상이점이다.

이와 같이 트랜스에 설치한 분리코일에 정류평활회로를 접속하여 직류출력을 끌어내도록 구성해도, 2차코일에 정류평활회로를 접속하여 직류출력을 끌어내는 구성과 동일한 작용효과를 가져올 수 있다.

또한 설명은 생략하지만, 분리코일로부터 직류출력을 끌어내는 구성에 있어서도, DC-DC컨버터회로를 구비하고 있지 않은 구성이나, 전하 이동용의 다이오드(D3)를 구비하고 있지 않은 구성도 물론 가능하다. 그뿐만 아니라, 2차코일로부터 직류출력을 끌어내는 정류평활회로(제1의 정류평활회로)와 분리코일로부터 직류출력을 끌어내는 정류평활회로(제2의 정류평활회로)의 양쪽을 구비하는 구성도 가능하다.

도 9에, 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로도를 나타낸다. 도 9에 있어서, 도 1과 동일 혹은 동등한 부분에는 동일부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

도 9에 나타낸 스위칭 전원장치(60)에 있어서는, 스위칭 소자(Q1)의 양단 사이에 정류용의 다이오드(D2)와 평활용의 커패시터(C2)로 이루어지는 정류평활회로( 제3의 정류평활회로)를 접속하고, 출력단자(Vdc')로부터 직류전압출력을 끌어내도록 하고 있다. 또한, 이 경우는 트랜스(T1)의 1차측에 정류평활회로를 접속하고 있기 때문에, 상용전원과 동일하게 1차로 취급되는 직류전압출력이 된다.

이와 같이 구성된 스위칭 전원장치(60)에 있어서도, 도 5에 나타낸 스위칭 전원장치(20)과 마찬가지로, 방전등 점등용의 교류전압 외에 직류전원을 필요로 하는 용도에 대해, 여기서부터 별도의 직류전원을 준비하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 스위칭 전원장치(60)의 경우는 트랜스(T1)의 1차측으로부터 비절연형 컨버터출력으로서 직류전압출력을 얻고 있기 때문에, 스위칭 전원장치(20)에 비해 효율좋게 큰 전력을 끌어낼 수 있고, 방전등 점등용의 교류전압 외에 비교적 큰 전력의 직류전원을 필요로 하는 용도에 대해서도 적용 가능하게 된다.

도 10에, 본 발명의 스위칭 전원장치의 또 다른 실시예의 회로를 나타낸다. 도 10에 있어서, 도 9와 동일 혹은 동등한 부분에는 동일부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

도 10에 나타낸 스위칭 전원장치(70)에 있어서는, 정류용의 다이오드(D2)와 평활용의 커패시터(C2)로 이루어지는 제2의 정류평활회로 전에 DC-DC컨버터회로(DDc2)가 설치되고, 그 출력이 출력단자(Vdc')에 접속되어 있다. 여기서의 DC-DC컨버터회로(DDc2)는 일반적인 트랜스를 이용하는 절연형의 DC-DC컨버터회로이다. 절연형으로 하는 이유는, 통상의 직류전압출력은 상용교류전원과는 절연을 할 필요가 있음에도 불구하고, 스위칭 전원장치(70)에서는 제2의 정류평활회로는 트랜스(T1)의 1차측으로부터 전압을 끌어내는 구성이기 때문에 1차측과의 절연이 되고 있지 않기 때문이다. 또한, 그것 이외에 다출력 구성으로 전개하기 쉽다고 하는 장점도 있다.

이와 같이 구성된 스위칭 전원장치(70)에 있어서도, 도 7에 나타낸 스위칭 전원장치(40)와 마찬가지로, 상용교류전압의 순간정전이 있을 경우에, 직류출력전압의 저하를 방지 혹은 더욱 억제할 수 있다.

또한, 스위칭 전원장치 60과 70에 있어서는 트랜스(T1)의 1차측에만 정류평활회로(제3의 정류평활회로)를 접속하여 직류전압출력을 얻고 있으나, 도 5∼도 8에 나타낸 스위칭 전원장치(20, 30, 40, 50)와 같은 트랜스(T1)의 2차측이나 분리코일로부터 제1이나 제2의 정류평활회로를 개재하여 다른 직류전압출력을 얻는 구성을 겸하고 있어도 상관없는 것이다.

Claims

상용전원에 접속되어 1차측 비평활직류전압(nonsmoothed DC voltage)을 출력하는 1차측 정류(整流)회로와,

1차코일 및 2차코일을 갖는 트랜스와,

상기 1차측 정류회로의 출력에 상기 트랜스의 1차코일과 함께 직렬로 접속되어 상기 1차측 비평활직류전압을 스위칭하는 스위칭 소자와,

상기 트랜스의 2차코일에 접속되어 2차측 비평활직류전압을 출력하는 2차측 정류회로와,

상기 2차측 정류회로의 출력에 접속되는 동시에, 그 출력이 방전등에 공급되는 인버터(inverter)회로를 구비하고,

상기 1차측 정류회로의 출력측 및 상기 2차측 정류회로의 출력측에 평활용 커패시터를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제1항에 있어서, 상기 2차코일에 접속된 제1의 정류평활회로(rectifier smoothing circuit)를 더 구비하고, 상기 제1의 정류평활회로에서 직류출력을 끌어내는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제2항에 있어서, 상기 2차측 정류회로의 출력과 상기 제1의 정류평활회로의 출력과의 사이에, 상기 제1의 정류평활회로의 출력 쪽에 전류를 공급할 수 있는 다이오드(diode)를 설치한 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1의 정류평활회로의 출력에 접속된 DC-DC컨버터(converter)회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제2항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스에 설치된 분리코일과 상기 분리코일에 접속된 제2의 정류평활회로를 더 구비하고, 상기 제2의 정류평활회로에서 직류출력을 끌어내는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제5항에 있어서, 상기 제2의 정류평활회로는 상기 2차측 정류회로와 접지(ground)를 공통으로 하고 있고, 상기 2차측 정류회로의 출력과 상기 제2의 정류평활회로의 출력과의 사이에, 상기 제2의 정류평활회로의 출력 쪽에 전류를 공급할 수 있는 다이오드를 설치한 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제5항에 있어서, 상기 제2의 정류평활회로의 출력에 접속된 DC-DC컨버터회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제2항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 양단에 접속된 제3의 정류평활회로를 더 구비하고, 상기 제3의 정류평활회로에서 직류출력을 끌어내는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제8항에 있어서, 상기 제3의 정류평활회로의 출력에 접속된 절연형 DC-DC컨 버터회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.